CN109643776A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

电池模块具备：多个电池单体，其在高度方向的一侧端部内压具有成为给定压力以上时打开的安全阀；一侧集电板，其具有包含从高度方向来看时与所述安全阀的至少一部分重叠的贯通孔的主体部、和从所述主体部延伸到所述贯通孔内并与所述电池单体一侧端子电连接的引线；排气管，其设于所述一侧集电板的与所述电池单体侧相反的一侧；和绝缘被膜，其被覆所述一侧集电板中面对所述排气管的部分，由绝缘性材料构成。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及电池模块。
背景技术
过去，如专利文献1记载的那样，在电池模块中有如下那样的方案：多个电池单体矩阵状配置，各电池单体的正极端子与导电性的平板所构成的正极集电板电连接，各电池单体的负极端子与导电性的平板所构成的负极集电板经由熔丝电连接。如此地将多个电池单体并联连接，并将流过额定以上的大电流的电池单体的熔丝以焦耳热熔断来将该电池单体从电气电路切离。并且抑制在电池单体流过大电流而电池单体异常发热。
另外，如专利文献2记载的那样，在电池模块中，在各电池单体的位于高度方向一侧的端面设置安全阀，若电池单体成为异常高温而电池单体的内压变高，则安全阀破坏，从电池喷出由高温的气体等构成的喷出物。然后将喷出的该喷出物经由在集电板设于与电池单体在高度方向上重叠的部位的贯通孔引导到设于集电板的与电池单体侧相反侧的排气管。如此，在使该喷出物在排气管内流动后从排气管的出口排出到外部，从成为异常高温的电池单体喷出的高温的气体等的影响难以波及到其他电池单体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/073403号公报
专利文献2：JP特开2013-47873号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述安全阀破坏时从电池单体喷出的喷出物中多包含铜箔等导电性材料。若该导电性材料位于跨过电池单体的正极与集电板之间的位置，就会在电池单体的正极与集电板之间生成导电性材料的通路，电流流过该导电性材料的通路。因而电气电路就会变得与设计相差甚远。进而会因该导电性材料的通路而大电流难以流过成为异常高温的电池单体的熔丝，有可能熔丝难以切断。为此，难以将成为异常高温的电池单体从并联电路切离，成为异常高温的电池单体有可能会因流过内部的电流而进一步发热。
为此，本公开的目的在于，提供一种电池模块，难以在电池单体的电极与集电板之间生成来自电池单体的喷出物所引起的导电性材料的通路，能将成为异常高温的电池单体确实地从电气电路切离。
用于解决课题的手段
本公开所涉及的电池模块具备：多个电池单体，其分别具有电池要素和单体壳体，单体壳体收容电池要素，并在高度方向的一侧端部具有内压成为给定压力以上时打开的安全阀；一侧集电板，其将多个电池单体的一侧端子电连接，具有主体部和引线，主体部包含在从高度方向来看时与安全阀的至少一部分重叠的贯通孔，引线从主体部延伸到贯通孔内，并与电池单体的一侧端子电连接；排气管，其设于一侧集电板的与电池单体侧相反的一侧，将在多个电池单体中的至少1个电池单体的安全阀打开时从该电池单体喷出并通过贯通孔的喷出物引导到外部；和绝缘被膜，其被覆一侧集电板中面对排气管的部分，由绝缘性材料构成。
发明的效果
根据本公开所涉及的电池模块，一侧集电板中面对排气管的部分被绝缘被膜被覆。因此，即使包含导电性材料的喷出物流入排气管内，在排气管的内表面和电池单体的电极形成了导电性材料的通路，也用绝缘被膜防止该通路到达一侧集电板。因而，不会因喷出到排气管内的喷出物而电池单体的电极和一侧集电板电连接。其结果，难以由来自成为异常高温的电池单体的喷出物生成导电性材料的通路，能将成为异常高温的电池单体从电气电路确实地切离。
附图说明
图1是本公开的第1实施方式所涉及的电池模块的示意截面图，是包含电池模块所具备的多个圆筒形电池当中2个以上的圆筒形电池的中心轴的示意截面图。
图2是从上方来看时与1个圆筒形电池重叠的部分的俯视图，是省略壳体的图示时的俯视图。
图3是在图2中省略绝缘被膜的图示时的俯视图。
图4是说明参考例的电池模块中的问题点的示意截面图，是包含异常发热而安全阀打开的圆筒形电池的中心轴的示意截面图。
图5是第1实施方式的电池模块中的与图4对应的示意截面图。
图6是本公开的第2实施方式所涉及的电池模块中的与图1对应的示意截面图。
图7是第2实施方式的电池模块中的与图5对应的示意截面图。
具体实施方式
以下参考附图来详细说明本公开所涉及的实施方式。一开始就想定了，以下在包含多个实施方式或变形例等的情况下将这些特征部分适宜组合来构建新的实施方式。另外，在以下的说明中，将搭载于电池模块10的圆筒形电池11的高度方向(轴向)的正极侧(排气管70侧)设为上侧。
(第1实施方式)
图1是本公开的第1实施方式所涉及的电池模块10的示意截面图，是包含电池模块10所具备的多个圆筒形电池11当中2个以上的圆筒形电池11的中心轴的示意截面图。
如图1所示那样，电池模块10具备多个圆筒形电池11和电池固定器20，在电池固定器20设有多个收容各圆筒形电池11的收容部18。在图1所示的示例中，在从上方来看时，多个收容部18配置成将纸面的左右方向设为一个方向、将与纸面垂直的方向设为另一方向的格子状，但多个收容部也可以从上方来看时配置成交错状。
圆筒形电池11是电池单体的一例，二次电池例如由锂离子二次电池等构成。圆筒形电池11具备金属制的单体壳体12、收容于单体壳体12内的电池要素(未图示)和正极端子、负极端子。在电池要素中包含一对电极体和容许电荷的移动的非水电解质等。单体壳体12由收容电池要素的有底圆筒形状的单体壳体主体13和堵塞单体壳体主体13的开口部的封口板14构成。在封口板14设有安全阀16，安全阀16由内压超过给定值时优先破断的环状的破断部15和被该破断部15包围的部分构成，与电池要素的正极电连接。封口板14构成作为圆筒形电池11的一侧端子的正极端子。在本实施例中，单体壳体主体13的外周侧面被绝缘树脂薄膜被覆，单体壳体主体13的底面构成负极端子。另外，单体壳体主体的外周侧面可以不被绝缘树脂薄膜被覆，也可以是单体壳体主体构成圆筒形电池的负极。
电池固定器20例如由硬化型树脂构成。电池固定器20具有保持各圆筒形电池11的上端部的第1固定器21和保持各圆筒形电池11的下端部的第2固定器22，将它们连结而构成。收容部18由第1固定器21的凹部21a和第2固定器22的凹部22a形成。圆筒形电池11的上端部插入凹部21a，圆筒形电池11的下端部插入凹部22a。第1以及第2固定器21、22各自具有在从高度方向来看时与圆筒形电池11重叠的部位有圆形开口的圆筒孔21b、22b。电池模块10可以具有1个或多个包含1个电池固定器20的电池块。另外，也可以取代树脂制的电池固定器20而使用金属制的电池固定器。在该情况下，为了将各圆筒形电池绝缘，优选在多个圆筒形电池与接下来说明的集电板之间设置绝缘板。
在第1固定器21上接合配设作为一侧集电板的正极集电板30。正极集电板30包含由金属材料构成的引线板31和由金属材料构成的基底板32，基底板32通过焊接等接合在引线板31的上表面。正极集电板30包含从高度方向来看时与圆筒孔21b重叠并与圆筒孔21b通畅相连的圆筒孔(贯通孔)30a，圆筒孔30a具有与圆筒孔21b的圆形开口大致相同的圆形开口。另外，引线板31具有有多个贯通孔34a的主体34、和引线35，引线35从主体34的贯通孔34a的内表面延伸到贯通孔34a的中央侧并在圆筒形电池11侧折弯，前端部与圆筒形电池11的正极端子接合。基底板32和引线35的主体34构成正极集电板30的主体部73。正极集电板30具有：包含从高度方向来看时与安全阀16的全部重叠的圆筒孔30a的主体部73；和从主体部73延伸到圆筒孔30a内并与各圆筒形电池11的正极端子电连接的引线35。
另一方面，在电池固定器20之下接合配设负极集电板40。负极集电板40包含由金属材料构成的引线板41和由金属材料构成的基底板42，基底板42通过焊接等接合在引线板41的下表面。负极集电板40具有从高度方向来看与圆筒孔22b重叠并与圆筒孔22b通畅相连的圆筒孔40a。另外，引线板41具有有多个贯通孔45a的主体45、和引线46，引线46从主体45的贯通孔45a的内表面延伸到贯通孔45a的中央侧并在圆筒形电池11侧折弯，前端部与圆筒形电池11的负极端子接合。其结果，多个圆筒形电池11通过正极以及负极集电板30、40并联连接。电池模块10例如使用正极集电板30以及负极集电板40与相邻配置的其他电池模块10经由汇流条串联连接。
在正极集电板30中不与电池固定器20接合的部位配设有绝缘性的绝缘材料，例如由树脂材料等构成的绝缘被膜60。绝缘被膜60具有：被覆正极集电板30的高度方向的与圆筒形电池11侧相反侧的表侧面的表侧面被覆部61；和被覆圆筒孔30a的内周圆筒面的圆筒孔被覆部62。
在正极集电板30的高度方向的与圆筒形电池11侧相反侧设有排气管70。排气管70由在收容多个圆筒形电池11的模块壳体80的内壁面位于比绝缘被膜60更靠上方位置的上方壁面部、和绝缘被膜60的高度方向的与圆筒形电池11侧相反侧的表侧面66划定。在安全阀16打开时，圆筒形电池11的内部经由打开的安全阀16、第1固定器21的圆筒孔21b以及正极集电板30的圆筒孔30a与排气管70连通。在排气管70的上方壁面部设有与外部连通的出口开口67。在该情况下，包含来自圆筒形电池11的内部的高温气体的喷出物在排气管70内向以箭头A示出的方向移动，从出口开口67流出到外部。
图2是从上方来看时与1个圆筒形电池11重叠的部分的俯视图，是省略壳体的图示时的俯视图。另外，图3是在图2中省略绝缘被膜60的图示时的俯视图。
如图2以及图3所示那样，安全阀16设于圆筒形电池11的上端面(轴向一端面)，由环状的破断部15和被该破断部15包围的部分构成。环状的破断部15例如是形成于构成封口板14的金属板的槽，在圆筒形电池11发生异常而内压上升时，比单体壳体12的其他部分优先破断。破断部15的槽17一般称作刻印，从外侧压制单体壳体12而形成。封口板14中形成破断部15的部分成为比其他部分厚度更薄的薄壁部。
安全阀16在俯视观察下具有正圆形状，但也可以俯视观察下具有椭圆形状、多角形状、或这些以外的形状。在本实例中，破断部15以圆筒形电池11的上端面的正中为中心形成为直径大致恒定的环状，安全阀16设于圆筒形电池11的上端面的中央部。在圆筒形电池11中，通过内压超过给定值而破断部15破断，安全阀16向圆筒形电池11的外侧打开从而在封口板14形成开口，从该开口喷出包含高温的气体的喷出部。
绝缘被膜60具有直线缘60a，其与垂直二等分图2所示的俯视图的平面P大致垂直且位于相对于引线的前端空开间隔的位置。在图2所示的俯视图中，绝缘被膜60具有环状形状，其内周侧的缘由直线缘60a、和与直线缘60a的两端相连的由圆的一部分构成的圆状缘60b构成。绝缘被膜60具有从高度方向来看时与安全阀16的一部分重叠的凸缘部39，凸缘部39由在绝缘被膜60与从包含圆状缘60b的圆向内周侧突出的突出区域在高度方向上重叠的突出部47构成。
安全阀16中相对于直线缘60a位于与引线存在侧相反侧的引线相反侧区域部16a在从高度方向来看时与凸缘部39重叠。从高度方向来看时与凸缘部39重叠的破断部15的一部分15a在引线35的延伸方向(以箭头B示出)上相对于正极集电板30的圆筒孔30a(参考图1)的中心位于与存在引线连接部(引线35中与主体34连接的部分)一侧相反侧，位于相对于引线35空开间隔的位置。在从高度方向来看时，一方面，凸缘部39与破断部15的一部分15a重叠，另一方面，不与引线35重叠。
如图3所示那样，正极集电板30的圆筒孔30a中圆形开口位于与构成安全阀16的破断部15的圆形状的槽17同心的圆上，具有比圆形状的槽17的直径大的直径。因此，在从高度方向来看时，安全阀16的全部与正极集电板30的圆筒孔30a重叠。
接下来，使用图4、以及图5来说明第1实施方式的电池模块10的1个圆筒形电池11异常发热时的动作以及作用效果。图4是说明参考例的电池模块210中的问题点的示意截面图，是包含异常发热而安全阀216打开的圆筒形电池211的中心轴的示意截面图。另外，图5是第1实施方式的电池模块10中的与图4对应的示意截面图。
如图4所示那样，在正极集电板230的外表面未设任何绝缘被膜的情况下，若某圆筒形电池211例如因单体壳体内部的正极与负极的微小短路等而异常发热从而安全阀216打开，则从圆筒形电池内部喷出到排气管270的喷出物中所含的大量导电性材料有可能会位于跨过电池内部和正极集电板230中的面对排气管270的外表面部分的位置，形成将它们之间跨接的导电性材料的通路290。然后，由于电流流过该导电性材料的通路290而电气电路变得与设计相距甚远。进而，大电流变得难以流过成为异常高温的圆筒形电池211的熔丝，变得难以切断该熔丝，有可能不将成为异常高温的圆筒形电池211从并联电路切离。其结果，成为异常高温的圆筒形电池211有可能会因流过内部的电流进一步发热。
与此相对，在第1实施方式的电池模块10的情况下，正极集电板30中面对排气管70的部分被绝缘被膜60被覆。因此，即使圆筒形电池11异常发热而安全阀16打开，包含导电性材料的喷出物向箭头C所示的方向流入排气管70内，在排气管70的内表面和圆筒形电池11的正极形成了导电性材料的通路，也能用绝缘被膜60防止该导电性材料的通路到达正极集电板30。因而即使喷出物喷出到排气管70内，圆筒形电池11的正极和正极集电板30也不会以导电性材料电连接。其结果，难以由来自成为异常高温的圆筒形电池11的喷出物生成高电阻的通路，电气电路不会与设计相距甚远。
另外，绝缘被膜60还覆盖正极集电板30的圆筒孔30a的内周面中的引线连接部以外的部位。因此，不会在圆筒形电池11内部与正极集电板30的圆筒孔30a的内周面之间出现喷出物中所含的导电性材料的通路。因而能更确实地防止与电气电路相相差甚远。
进而，从高度方向来看时，一方面，凸缘部39与破断部15(图2参考)的一部分15a重叠，另一方面，不与引线35重叠。因此，与凸缘部39重叠的破断部15的一部分15a由于被凸缘部39支撑并被按压，因此难以打开，如图5所示那样，仅安全阀16中引线延伸方向的引线连接侧打开。因而通过安全阀16的引线连接侧的打开而引线35被切断，异常发热的圆筒形电池11从电气电路被切离。其结果，确实地担保了电池模块10的安全性。
另外，在上述第1实施方式中，若负极侧的引线46包含熔丝，则即使在安全阀打开而正极侧的引线未被切断的情况下，也能将异常发热的圆筒形电池从电气电路切离，因而优选，但负极侧的引线46可以不含熔丝。另外，正极侧的引线35可以包含熔丝，也可以不含熔丝。
另外，说明了设于正极集电板30的圆筒孔30a的内周面中的引线连接部以外的部位被绝缘被膜覆盖的情况。但设于正极集电板的贯通孔的内周面中的引线连接部以外的部位也可以不被绝缘被膜覆盖。
另外，说明了正极集电板30的圆筒形电池11侧的背侧面(是高度方向下侧面，与面对排气管70一侧相反侧的背侧面)37(参考图1)未被绝缘被膜60覆盖的情况。但也可以正极集电板的圆筒形电池侧的背侧面(是高度方向下侧面，与面对排气管一侧相反侧的背侧面)被绝缘被膜覆盖。特别在取代树脂制的电池固定器20而使用了金属制的电池固定器的情况下，为了圆筒形电池11的绝缘而优选在各圆筒形电池与正极集电板之间设置绝缘板。但若正极集电板的背侧面也用绝缘被膜进行涂层，就能防止生成将正极集电板的背侧面和圆筒形电池内部连接的通路，并且还能使被覆背侧面的绝缘被膜起到将各圆筒形电池绝缘的作用，能省略绝缘板，因而优选。
另外，说明了正极集电板30包含从高度方向来看与安全阀16的全部重叠的圆筒孔30a的情况，但正极集电板具有从高度方向来看与安全阀的至少一部分重叠的贯通孔即可。另外，说明了在从高度方向来看绝缘被膜60与安全阀16的环状的破断部15的一部分15a重叠的情况，但也可以在从高度方向来看时绝缘被膜不与安全阀的环状的破断部的全部重叠。
另外，说明了一侧端子是正极端子、一侧集电板是正极集电板30的情况。但也可以一侧端子是负极端子，一侧集电板是负极集电板，还可以在圆筒形电池的负极侧(高度方向下侧)的底面设置安全阀，排气管设于负极集电板的与圆筒形电池侧相反侧。并且可以是负极集电板的面对排气管的部位被由树脂材料等绝缘材料构成的绝缘被膜覆盖。另外，也可以是除了负极集电板的面对排气管的部位以外，设于负极集电板的贯通孔的内周面中的引线连接部以外的部位也被绝缘被膜，进而可以是负极集电板的圆筒形电池侧的背侧面也被绝缘被膜覆盖。
另外，也可以是除了在圆筒形电池的正极侧的上表面以外，在负极侧的底面也设置安全阀，排气管设于正极集电板的与圆筒形电池侧相反侧，并且设于负极集电板的与圆筒形电池侧相反侧。并且，也可以是除了正极集电板的面对排气管的部位以外，负极集电板的面对排气管的部位也被由树脂材料等的绝缘材料构成的绝缘被膜覆盖。进而，在该情况下，也可以是除了负极集电板的面对排气管的部位以外，设于负极集电板的贯通孔的内周面中的引线连接部以外的部位也被绝缘被膜覆盖，负极集电板的圆筒形电池侧的背侧面也被绝缘被膜覆盖。
另外，说明了电池模块10中所含的多个圆筒形电池11全都并联连接的情况，但也可以包含与电池模块中所含的多个圆筒形电池串联连接的2个以上的圆筒形电池。另外，说明了电池单体是圆筒形电池11的情况，但电池单体也可以是方型电池。
(第2实施方式)
图6是本公开的第2实施方式所涉及的电池模块110中的与图1对应的示意截面图，图7是第2实施方式的电池模块110中的与图5对应的示意截面图。另外，第2实施方式省略关于与第1实施方式相同作用效果以及变形例的记载，对与第1实施方式相同的结构，标注与第1实施方式相同的参考编号，省略说明。
如图6所示那样，在第2实施方式中，与第1实施方式同样，被覆正极集电板30的排气管170侧的表侧面以及正极集电板30的圆筒孔30a的内周面的绝缘被膜160在从高度方向来看时具有与破断部15的一部分115a重叠的凸缘部139。但与第1实施方式不同，该凸缘部139在从高度方向来看时，不仅与破断部15的一部分115a重叠，还与引线35的一部分35a重叠。在从高度方向来看时，与绝缘被膜160重叠的破断部15的一部分115a在引线35的延伸方向上相对于正极集电板30的圆筒孔30a的中心位于与引线连接部179所存在一侧相同的侧。
另外，在第2实施方式中，与第1实施方式不同，在负极侧的引线146中包含熔丝190。圆筒形电池11中构成另一侧端子的底部94与负极侧的引线146电连接。另外，在第2实施方式中，与第1实施方式不同，排气管170的出口开口167不是设于纸面的右侧，而是设于纸面的左侧。其他第2实施方式的结构与第1实施方式相同。
如图7所示那样，根据第2实施方式，在从高度方向来看时，绝缘被膜160的凸缘部139与破断部15的一部分115a重叠，并与引线35的一部分35a也重叠。因此，由于与凸缘部139重叠的破断部15的一部分115a被凸缘部139并被按压，因此难以打开，如图7所示那样，仅安全阀16中的与引线延伸方向的引线连接侧相反侧打开。因此，即使安全阀16打开而喷出物向以箭头D示出的方向流动，也能维持并保护引线35对圆筒形电池11的正极端子的电连接。因而，由于通过绝缘被膜160也不会生成喷出物中所含的导电性材料的通路，因此能使大电流确实地流向异常发热的圆筒形电池11的负极侧的熔丝190，能通过熔丝190的切断将异常发热的圆筒形电池11从电气电路确实地切离。
附图标记的说明
11 圆筒形电池
12 单体壳体
15 破断部
15a、115a 破断部的一部分
16 安全阀
30、130 正极集电板
30a 圆筒孔
35 引线
35a 引线的一部分
39、139 凸缘部
60、160 绝缘被膜
70、170 排气管
73 主体部
190 熔丝。

Claims (5)

1.一种电池模块，具备：
多个电池单体，其分别具有电池要素和单体壳体，所述单体壳体收容所述电池要素，并在高度方向的一侧端部具有内压成为给定压力以上时打开的安全阀；
一侧集电板，其将所述多个电池单体的一侧端子电连接，具有主体部和引线，所述主体部包含在从所述高度方向来看时与所述安全阀的至少一部分重叠的贯通孔，所述引线从所述主体部延伸到所述贯通孔内，并与所述电池单体的一侧端子电连接；
排气管，其设于所述一侧集电板的与所述电池单体侧相反的一侧，将在所述多个电池单体中的至少1个电池单体的所述安全阀打开时从该电池单体喷出并通过所述贯通孔的喷出物引导到外部；和
绝缘被膜，其被覆所述一侧集电板中面对所述排气管的部分，由绝缘性材料构成。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述绝缘被膜覆盖所述贯通孔的内表面。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述绝缘被膜覆盖所述一侧集电板的所述电池单体侧的面。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池模块，其中，
所述安全阀由所述单体壳体中所述内压成为所述给定压力以上时破断的环状的破断部和被该破断部包围的部分构成，
所述引线与所述安全阀接合，
在从所述高度方向来看时，所述绝缘被膜具有与所述破断部的一部分重叠的凸缘部，在从所述高度方向来看时，所述凸缘部不与所述引线重叠。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的电池模块，其中，
所述安全阀由所述单体壳体中所述内压成为所述给定压力以上时破断的环状的破断部和被该破断部包围的部分构成，
所述引线与所述安全阀接合，
在从所述高度方向来看时，所述绝缘被膜具有与所述破断部的一部分和所述引线的一部分重叠的凸缘部。
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